PRODUCTION DE L’ACIDE SULFUREUX AVEC LE SOUFRE

Le soufre brûle facilement en donnant peu de cendres ; aussi les fours où on l’emploie sont d’une construction très simple; la fig. 51 représente un modèle très usité.

Fig. 51. — Échelle 1/40.

Le soufre brûle dans une cuvette en fonte A, à rebords peu inclinés, mesurant de 7 à 10 centim. de hauteur, sauf sur le devant où ils n’ont que 2 à 3 centim. de façon à faciliter l’enlèvement des cendres. Au delà de la cuvette règne une chambre B qui permet aux vapeurs de soufre entraînées de se mélanger avec l’air et de brûler avant d’arriver à la manche de départ G. A est une porte à contrepoids; on règle l’ouverture à la demande du four. La cuvette de fonte recouvre une chambre, où circule de l’air par le carneau b de façon à refroidir la cuvette et à s’opposer à la sublimation du soufre. Plusieurs fours sont groupés ensemble de façon à donner plus de régularité à la production. On y brûle généralement de 70 à 80 kilogrammes par 24 heures. Le soufre est introduit généralement en 6 charges.

D’habitude ces fours servent à la décomposition du nitrate ; dans ce cas le mélange d’acide sulfurique et de nitrate est placé dans des marmites assez grandes pour que la matière ne déborde pas dans le four, et munies de pieds suffisamment hauts pour se trouver au-dessus de la couche de soufre en combustion. Échauffé par la flamme, le mélange entre en réaction, et dégage d’abord de l’a'cide hypoazotique puis de l’acide nitrique, et de nouveau de l’acide hypoazotique; grâce à la chaleur qui règne dans le four, ces produits nitreux restent à l’état de vapeurs, et se mélangent intimement avec l’acide sulfureux et l’air.

i98 ENCYCLOPÉDIE CHIMIQUE.

' Au lieu de marmites, on emploie également des caisses en fonte, que l’on fait glisser sur des rails situés au-dessus du niveau du soufre en combustion.

L’allumage de ces fours est très simple ; ou bien on allume le soufre avec une tige de fer rouge, ou bien on chauffe préalablement la cuvette par un petit foyer disposé en dessous, de façon que le soufre prenne feu spontanément ; lorsque l’on fait la charge on ouvre progressivement le l’egistre afin que l’air soit chassé régulièrement par l’acide sulfureux sans qu’on soit exposé soit à une explosion, soit à une extinction. La température du four s’élève peu à peu et, après quelque temps de marche, elle est assez haute pour que les charges s’enflamment d’elles-mêmes.

Après chaque nouvelle charge de soufre, on prépare le mélange pour acide nitrique* dans les mai’mites ou les caisses, et on les introduit sur le soufre enflammé. L’opération finie, on retire les marmites, on verse leur contenu encore liquide sur une dalle de fonte où le bisulfiüe se solidifie, on enlève les cendres, et l’on recommence une charge.

L’ouvrier doit veiller à ce que la température ne s’élève pas à tel point qu’il se volatilise du soufre. Une sublimation de ce corps cause non seulement une perte de matière, mais encore le soufre, arrivant dans les chambres, s’y condense en formant sur l’acide un dépôt laiteux qui nuit au travail des chambres. Le soufre doit brûler avec une flamme bleue ; quand elle devient brune, cela veut dire qu’il se volatilise du soufre ; on doit dès lors chercher à refroidir le four en augmentant la circulation de l’air sous la sole, et en diminuant l’énergie du tirage, et, par suite l’intensité de la combustion. Quelquefois les portes du four sont munies d’un registre que l’ouvrier ouvre ou ferme à volonté : quand il n’en est pas ainsi, on modère le tirage à volonté en faisant reposer la porte à coulisse du fouf sur un coin qui règle la hauteur disponible pour la rentrée de l’air.

Ces deux artifices sont parfois insuffisants ; on a cherché à se rendre maître de la température en formant les parois latérales et le dessus du four avec des plaques de fonte, entre lesquelles on peut faii’e circuler un courant d’air. Ces fours travaillent bien, mais la fonte est rapidement attaquée. On a quelquefois aussi l’habitude pour refroidir le four de mouiller le soufre, avec 5 à 6 parties d’eau pour 100 de matière: mais il est encore préférable d’utiliser le dessus du four pour y sécher des matières capables d’absorber une grande quantité de chaleur, ou de former le plafond de la chambre à combustion avec le fond d’une chaudière destinée à échauffer les liquides.

On a même utilisé la chaleur des fours pour produire la vapeur nécessaire aux chambres, ainsi qu’on le, voit sur la fig. 32.

La forme de la chaudière rappelait celle des anciennes chaudières dites à tombeau.

Fig. 52.

1. Pour que ce mélange reste liquide, ou emploie pondrait à la production du bisullate de soude.

peu plus d’acide à 52° B que ce qui corres»

ACIDE SDLFÜRIQUE. 99

Le soufre brûlait sur la sole en fonte a, comme dans le four précédemment décrit, les gaz produits circulaient d’abord sous le fond du générateur, puis sur les côtés par les carneaux CG, d’où ils se rendaient, convenablement refroidis dans la manche de départ.

Cette disposition procurait une assez grande économie de combustible puisqu’on utilisait à la production de la vapeur un excès de chaleur nuisible ; d’ailleurs la tôle des chaudières n’était pas sensiblement altérée parce qu’elle ne pouvait pas se surchauffer et qu’elle n’était pas exposée à l’air : l’attaque était si peu rapide que dans une fabrique de M. Kuhlmann, on a pu, après un travail de 7 années, remettre les générateurs en service, en les retonrnant seulement bout pour bout. On a cependant renoncé à cette disposition, qui présentait les mêmes inconvénients que tous les appareils à deux fins : la combustion du soufre n’étant pas continue, la production de vapeur était absolument irrégulière.

fours de Kuhlmann. — Kuhlmann a adopté pour les fours à soufre une disposition spéciale qui donnait de bons résultats. A chaque système de chambres correspondait un fourneau renfermant 4 cornues en O analogues à celles des usines à gaz. A l’extrémité antérieure était une ouverture destinée au chargement de la cornue et à l’introduction de l’air, à l’autre était le tuyau d’écoulement des gaz ; les tuyaux de sortie étaient assez longs, et, au lieu d’arriver directement aux chambres, se rendaient dans un petit tambour de tête, où ils perdaient leur vitesse et avaient le temps de se refroidir et de déposer le soufre entraîné par sublimation.

Inconvénients des fours discontinus. — Les fours des types précédents présentent les mêmes inconvénients que tous les foyers à alimentation intermittente.

La matière à brûler au lieu d’être fournie au fur et à mesure des progrès de la combustion, est chargée brusquement à des intervalles éloignés, de sorte que la quantité de soufre brûlant sur la sole varie constamment et d’une façon brusque. La quantité d’air à fournir est donc incessamment variable, et l’on n’est pas dans les conditions de régularité exigées pour la bonne marche des chambres. Au moment où l’on ouvre la porte pour décrasser, charger de nouveau et changer les marmites, le tirage est absolument modifié, et, suivant les circonstances, il s’engouffre un excès d’air dans les chambres, ou, au contraire, de l’acide sulfureux est refoulé au dehors. Pour remédier à ces inconvénients, on s’est attaché, comme nous l’avons vu, à fractionner les fours en plusieurs compartiments qu’on charge alternativement. Mais cette solution n’est qu’un palliatif, et est loin de présenter les avantages d’un four à marche continue où le combustible arrive à la demande du foyer, et où par conséquent le réglage devient facile à établir.

Four de Pétrie. — Dans cet ordre d’idées. Pétrie a breveté en 1872 un four, où la sole recevait un filet continu de soufre fondu, une partie de la chaleur de combustion du soufre étant utilisée d’ailleurs pour cette opération préalable.

Le soufre en morceaux était chargé dans une trémie occupant la partie postérieure du four, et constituée du côté de la sole par une grille à barreaux plats : un écran protégeait d’ailleurs la trémie contre le rayonnement direct de la chambre à combustion. Le soufre fondu coulait, par une rainure, dans la chambre à combustion

sur un sole en fonte analogue à celle des fours ordinaires mais inclinée. Sur la face antérieure était une porte mu-

e d’un registre pour régler l’accès de l’air.

On avait donc trois moyens pour régler la marche du four : le registre d’accès d’air, le registre de sortie disposé dans la manche, et l’écran qui protège la trémie contre le rayonnement du foyer ; mais l’écoulement du soufre fondu était loin d’être régulier, et, d’ailleurs, la température du four pouvait s’élever assez pour que le soufre fondu atteignît le point où il devient visqueux et cesse même de couler. En second lieu la grille devait être rapidement mise hors de service. Enfin, comme on était encore assez . souvent obligé d’ouvrir la porte pour enlever les résidus, ce qui ^ troublait le tirage, le four Pétrie ■S ne s’est pas répandu.

I M. Pétrie a imaginé un autre K5 four analogue à certains poêles conûj tiniis à coke et où l’on brûlait le soufre avec sa gangue. Comme dans ces poêles, la provision de soufre était disposée dans une trémie fermée, d’où il tombait à mesure que la chambre de combustion se vidait; les cendres s’accumulaient en bas et on les enlevait de temps en temps, en ayant soin de laisser les portes de vidange bouchées par les résidus de combustion ; l’air nécessaire à la combustion arrivait par un canal circulaire muni d’ouvertures tout autour de la chambre de combustion.

loin d’être un inconvénient, devient le

Four Blair (fig. 53 et 34). — Harrisson-Blair a construit sur des données plus rationnelles, un four dans lequel la volatilisation du soufre, a atteindre. li’appareil est divisé en trois

lOI

parties distinctes, dont chacune correspond à une des fonctions que remplit le four ordinaire. Dans un premier compartiment la volatilisation du soufre est produite par une combustion incomplète; dans un second s’achève la combustion du soufre, et dans un troisième a lieu le dégagement des vapeurs nitreuses, et leur mélange avec l’acide sulfureux. Ainsi dans le four Blair, l’alimentation a réellement lieu avec de la vapeur de soufre et non plus avec du soufre solide ou liquide.

La vaporisation du soufre se produit dans une chambre surbaissée de 3 mètres de longueur, sur 2 mètres de longueur et 0”,30 de hauteur. La sole A, au lieu d’être en fonte comme dans les fours ordinaires, est en briques soigneusement assemblées ; elle a une légère pente vers la paroi antérieure et se relève légèrement à soixante centimètres de la porte. Sur ce plan incliné on 'relève toutes les 24 heures les cen* dres produites dans la journée précédente, de façon qu’elles achèvent de se brûler, puis on les retire le lendemain. La charge peut se faire de deux façons : ou bien on alimente d’un seul coup le four de la quantité de soufre nécessaire au travail de vingt-quatre heures par la porte à coulisse B, qui est munie d’un registre pour l’admission de l’air ; ou bien on introduit le soufre par un large tuyau en fonte G, traversant la voûte et descendant près de la sole. Ce tuyau est protégé par une pièce de poterie. On a soin de tenir l’entonnoir et le tuyau G remplis de soufre et le four est alimenté par le soufre qui fond à la partie inférieure.

On règle l’admission de l’air de façon à brûler seulement dans cet avant-foyer une faible portion du soufre, qui détermine la volatilisation du reste. Dans ce four, on a donc à éviter les pertes de chaleur, au lieu de chercher à les augmenter comme dans les autres ; aussi les parois sont-elles formées non de plaques métalliques, mais de murs dont l’épaisseur est d’une biiquect demie.

Échelle 1/50.

Les vapeurs de soufre, accompagnées d’un peu d’acide sulfureux, s’échappent par un carneau, muni d’un registre à coulisse 1), et passent dans la chambre à combustion E, en maçonnerie : cette chambre a 60 de longueur, sur 2 mètres de largeur, et son plafond est formé par la sole de la chambre destinée à la décomposition du nitrate : cette sole est en dalles réfractaires. Les vapeurs en y entrant rencontrent un courant d’air qui pénètre par rou\Teau F, et est réglé au moyen d’un registre. Elles circulent dans cette chambre qui est divisée en trois compartiments par deux murs en chicane ; dans le troisième compartiment la combustion doit être complète : un regard G est pratiqué pour qu’on puisse vérifier que la quantité d’air introduite en F est suffisante; ce que l’on reconnaît à l’absence de flammes lors de l’ouverture du regard.

De la chambre à combustion, l’acide sulfureux, mélangé d’azote et d’air, s’élève dans le troisième compartiment, où il circule autour des caisses à nitrate N qu’il échauffe : des murs à claire-voie forcent les gaz à se mélanger avec les vapeurs nitreuses.

Le four à nitrate d’une hauteur de 0“,45 est muni de trois portes de chargement correspondant aux intervalles des murs.

Les gaz sulfureux et nitreux mélangés s’échappent enfin du four, et commencent à se refroidir, en se détendant sous la grande cloche de fonte II ; enfin ils arrivent à la cheminée de tirage I, haute de 7"', 20 qui les conduit à un réfrigérant ordinaire; long de 5“, 40, large de l'”,60 et haut de 0”, 45, sur lequel circule un courant' d’eau.

Le four de Blair peut, avec les dimensions indiquées, brûler, dit-on, 26 tonnes de soufre par semaine, ce qui correspondrait au travail de 12 à 15 fours ordinaires mais on peut retarder son allure en fermant en partie les registres et ne brûler que 5 à 6 tonnes.

On voit qu’il présente de grandes garanties de régularité, puisqu’il fournit un dégagement à peu près constantd’acide sulfureux et qu’il n’y a de fausses rentrées d’air qu’une fois toutes les vingt-quatre heures : on doit donc obtenir un meilleur rendement avec le même cube de chambres. Il ne s’est pourtant pas beaucoup répandu, mais ce résultat paraît devoir être attribué à ce qu’il a été inventé à l’époque où les fabriques se montaient pour brûler les pyrites, et à ce qu’il ne convient qu’à de grandes installations.

En général, les gaz des fours à soufre ne sont pas assez chauds pour nécessiter l’emploi d’un réfrigérant. A moins qu’on ne travaille avec le four Harrison-Blair, ils sortent des fours à une température de 100 à 120“, suffisante pour empêcher la condensation des produits nitreux.

Bien qu’il n’y ait pas une relation rigoureuse entre le cube des chambres et la quantité^d’acide sulfurique qui s’y peut fabriquer, il est clair que les dimensions et la marche des fours doivent être en rapport avec la capacité des chambres. Dans les petites installations on admet généralement une ancienne règle d’après laquelle à 1000 mètres cubes de chambre correspond une consommation journalière de 460 .kilogrammes de soufre. Actuellement, les dimensions des chambres vont en augmentant, et leur effet utile s’améliore; elles exigent donc une combustion plus active comme le prouvent les chiffres suivants extraits de la chimie technologique de Knapp.

ACIDE SDLFURIQDE.

Volume Soufre brûlé en 24 heures

des chambres, par 100“»decap3cilédeschambres. Fabrique de Kuhnheim, près de Berlin 2225“ 70 k.

— Schôningen, près de Brunwick 1500 65

— française de Mallet ? 66 à 100 k.

Nous avons vu qu’on détermine les dimensions des soles des fours, en admettant une consommation de 70 à 80 kilogrammes par mètre carré et par vingt-quatre heures.